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D:\579860740.doc
08.04.17 03:48
E-Phase, 3. Klausur Physik, Lösungen
Rechnen Sie bei allen Aufgaben mit g = 9,81
m
s
2
Aufgabe 1:
a)
Der Reifendurchmesser eines Fahrzeugs beträgt 60 cm. Wie oft müssen sich die Reifen auf einer Strecke von 10 km um die eigene Achse drehen?
U=
·d = 0,6
m; n =
10000 m
= 5305,1. Die Reifen drehen sich cirka 5305 mal.
0,6 m
b) Wie oft drehen sich die Räder pro Sekunde, wenn die Strecke mit einer konstanten Geschwindigkeit von
100 km/h durchfahren wird?
250 m
250 m
100 km/h =
;n=
= 14,74. Die Reifen drehen sich cirka 15 mal.
9·0,6 s·m
9s
Aufgabe 2:
Die Erde (Radius 6378 km) dreht sich in ca. 24 h einmal um ihre Achse. Bestimmen Sie die Bahn- und Winkelgeschwindigkeit eines Punktes auf dem
Äquator.
v=
2 r 2·6378 km
= 1669,76 km/h;  = v/r = 7,27·10–5 Hz

T
24 h
Aufgabe 3:
a)
Welche Teilchen auf einer rotierenden Scheibe haben gleichen Betrag der Bahngeschwindigkeit, welche gleiche Umlaufdauer? Begründen Sie kurz.
Bahngeschwindigkeit: Alle Teilchen, die vom Mittelpunkt den gleichen Abstand haben. Dies folgt aus der
Gleichung für die Bahngeschwindigkeit, v = ·r.
Umlaufdauer: Alle Teilchen der Scheibe, also die gesamte Scheibe. Alle Teilchen sind nach einem Umlauf
wieder genau an ihrer Ausgangsposition. Hätten einige Teilchen eine andere Umlaufdauer, gäbe es
Spannungen in der Scheibe, oder sie würde sogar zerstört werden.
b)
Warum ist die Bahngeschwindigkeit zur Beschreibung der Geschwindigkeit einer Drehbewegung ungeeignet? Wie schafft man Abhilfe?
Da die Bahngeschwindigkeit vom Radius abhängt, gäbe es unterschiedliche Geschwindigkeiten, die
Drehgeschwindigkeit ist aber für die ganze Scheibe einheitlich! Man führt deshalb die
Winkelgeschwindigkeit  ein. Sie gibt an, um welchen Winkel(im Bogenmaß) sich die Scheibe in einer
Sekunde dreht.
Aufgabe 4:
Eine Wäscheschleuder dreht sich 3000 mal in der Minute. Wie groß ist die (Dreh-)Frequenz, die Winkelgeschwindigkeit und die Umlaufdauer?
f=
3000
= 50 Hz; T = 1/f = 0,02 s;  = 2 f = 100
60 s
Hz
314,16 Hz
Aufgabe 5:
Was versteht man unter einem energetisch abgeschlossenen System? Geben Sie ein Beispiel und erörtern Sie kurz die Realisierbarkeit.
Ein System, dem weder Energie entzogen noch hinzugeführt wird, heißt energetisch abgeschlossen. Beispiel
Fadenpendel. Im Idealfall wird ständig potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt u.u. Es geht
keine Energie verloren. Im Aufhängepunkt entsteht jedoch Reibung, also Wärme. Diese „wandert“ aus dem
System ab. Bezieht man den Raum mit in das System ein, so wandert die Wärme (durch die Wände) auch aus
diesem System usw. Ein perfekt abgeschlossenes System ist demnach nicht realisierbar, höchstens
näherungsweise.
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08.04.17 03:48
Aufgabe 6:
Ein Zug erreicht mit der Geschwindigkeit v0 = 108kmh–1 den Anfang einer ansteigenden Strecke, der Steigungswinkel beträgt 3°. Welche Strecke s
vermag der Zug ohne weiteren Antrieb aufgrund seiner vorhandenen kinetischen Energie zurückzulegen, wenn die abbremsende Reibungskraft 0,5%
seiner Gewichtskraft beträgt? Welche Rolle spielt die Masse des Zuges bei diesem Vorgang?
Die anfangs vorhandene Energie teilt sich auf in Hubarbeit und Reibungsarbeit.
Wkin = Wpot + WReib = mgh + FReib·s = mgs·sin3° + 0,005·mgs = ½mv². Die Masse des Zuges kürzt sich aus der
Gleichung heraus, spielt also keine Rolle.
s(g·sin3° + 0,005g) = ½v²
s=
v²
900
= 800,05 m

2·9,81(sin 3  0,005) 2·9,81(sin 3  0,005)
Formeln:
gleichförmig-geradlinige
Bewegung:
Energie:
s
v=
t
Ekin =
1 2
mv , Epot = mgh
2
Kreisbewegung:
v = 2 fr,  = 2 f